Jurnal Penelitian Karet, 2013, 31 (1)  : 30 - 44 Indonesian  J.  Nat. Rubb. Res. 2013, 31 (1) : 30 - 44

## SIMULASI PENETAPAN KARAKTERISTIK PENGERINGAN SEMPROT LATEKS BERDASARKAN TEKNIK KOMPUTASI DINAMIKA FLUIDA
Simulation of Spray Drying Characteristic Determination of Latex Based on Computational Fluid Dynamic Technique
1
1
2
Afrizal VACHLEPI , Didin SUWARDIN  dan A. Zainal ABIDIN
1 Balai Penelitian Sembawa, Pusat Penelitian Karet Jl. Raya Palembang-P.Balai Km.29 PO Box 1127 Palembang 30001 Email : , didin.suwardin@yahoo.com
2 Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknologi Industri – Institut Teknologi Bandung Jl. Ganesha No. 10 Bandung, Jawa Barat 40132 Email : zainal@che.itb.ac.id
Diterima tanggal 1 November 2012 / Disetujui tanggal 7 April 2013

## a_vachlepi@yahoo.com

## Abstract
The  purpose  of  this  research  was  to study  the  characteristics  of  natural  rubber latex drying process with a unit spray dryer using  computational  fluid  dynamic  (CFD) technique  approach.  The  research  activities included  the  determination  of  CFD  model  to describe the spray drying system, boundary c o n d i t i o n   o f   s i m u l a t i o n ,   o p e r a t i o n parameters,  and  drying  simulation.  The treatment  variations  of  latex  water  contents were  65%,  70%,  75%,  and  80%.  While  the variations  of  drying  air  temperatures consisted  of    140°C,  150°C,  160°C,  170°C, and 180°C. The research concluded that latex water  content  and  drying  air  temperature affected the drying process depending on air- particle  velocity,  drying  time,  particle diameter,  product  water  content,  and temperature changes in the air-particles. CFD simulations  predicted  that  the  particle diameter  of  final  product  was  around  130- 135 micrometer with water contents of 0.32 - 0.58%.  Temperatures  of  final  product  left drying chamber were around 37 - 54°C.
Keywords : Latex, simulation, spray drying

## Abstrak
Tujuan dari penelitian ini adalah untuk m e m p e l a j a r i   k a r a k t e r i s t i k   p r o s e s pengeringan  lateks  karet  alam  dengan  alat p e n g e r i n g   s e m p r o t   m e n g g u n a k a n pendekatan  teknik  komputasi  dinamika fluida  ( computational  fluid  dynamic/ CFD). Kegiatan  penelitian  ini  meliputi  penentuan model  CFD  untuk  menggambarkan  sistem pengeringan  semprot,  penentuan  kondisi batas  simulasi,  penentuan  parameter operasi,  dan  simulasi  pengeringan.  Variasi perlakuan  berupa  kadar  air  lateks  terdiri atas  65%,  70%,  75%,  dan  80%,  sedangkan suhu  udara  pengering  terdiri  atas  140°C, 150°C, 160°C, 170°C, dan 180°C. Hasil pene- litian menunjukkan bahwa kadar air lateks dan  suhu  udara  pengering  berpengaruh terhadap  proses  pengeringan  yang  di- pengaruhi  oleh  kecepatan  udara-partikel, waktu pengeringan, diameter partikel, kadar air  produk,  dan  perubahan  suhu  udara- partikel.  Simulasi  CFD  memprediksi diameter partikel produk akhir sekitar 130 - 135  mikrometer  dengan  kadar  air  sekitar 0,32  -  0,58%.  Suhu  produk  akhir  yang keluar  dari  ruang  pengering  adalah  sekitar 37 - 54°C.
Kata  kunci:  Lateks,  simulasi,  pengeringan semprot

## PENDAHULUAN
I n d o n e s i a   m e r u p a k a n   n e g a r a penghasil  karet  terbesar  kedua  di  dunia dengan  total  produksi  tahun  2011  sebesar 3,09 juta ton (Dirjenbun, 2011). Sayangnya kualitas  ekspor  karet  Indonesia  masih belum  baik  dibandingkan  dengan  negara produsen  karet  lainnya  seperti  Thailand, Malaysia,  dan  Vietnam.  Selain  itu,  proses pengolahan  karet  alam  di  Indonesia  juga masih kurang efisien karena harus melewati tahapan  proses  yang  panjang  dan memerlukan waktu yang lama, seperti pada pengolahan  karet  remah  dan  karet  sit. Sebelum  dikeringkan  kedua  produk  karet padat  ini  terlebih  dahulu  harus  melalui proses  penggumpalan,  penggilingan,  dan penggantungan.
Meskipun  relatif  lebih  singkat, pengolahan lateks pekat juga dinilai masih belum  efisien.  Lateks  pekat  masih mengandung  air  dan  amonia  sebagai  anti koagulan yang berpengaruh terutama pada proses  pengangkutan  dan  penyimpanan. Beberapa pengaruh air yang terdapat pada lateks pekat antara lain meningkatkan biaya transportasi  karena  sebagian  biaya d i g u n a k a n   u n t u k   m e n g a n g k u t   a i r , penggunaan  kemasan  yang  besar,  dan memerlukan  penanganan  yang  lebih  ketat karena adanya amonia.
Untuk  mengatasi  permasalahan tersebut dapat dilakukan dengan mengolah lateks  menjadi  produk  serbuk  atau  tepung lateks  ( latex  powder ).  Selain  efisien  dalam pengangkutan, Zbicinski dan Zietara (2004) menyatakan  bahwa  pengurangan  atau penurunan  kandungan  dan  aktivitas  air mempunyai  pengaruh  positif  terhadap kualitas  produk.  Tepung  yang  kering cenderung mudah dikemas dengan kualitas terjaga.  Teknologi  yang  dapat  digunakan untuk  menghasilkan  tepung  lateks  adalah pengeringan semprot ( spray drying ). Untuk itu, perlu dirancang alat pengering semprot yang  khusus  digunakan  untuk  mengering- kan lateks karet alam. Abidin dan Vachlepi (2011)  telah  merancang  alat  pengering semprot untuk lateks dengan kapasitas olah sekitar 200 liter per jam.
Dalam  sistem  pengering  semprot, parameter  yang  penting  adalah  dimensi ruang  pengering,  laju  alir  udara  pengering dan  waktu  tinggal  partikel  di  dalam  alat pengering  semprot.  Rancangan  ruang pengering dari  alat  pengering  semprot tergantung  pada  keinginan  karakteristik produk  akhir.  Spesifikasi  paling  umum produk  berkenaan  dengan  ukuran  partikel akhir dan jumlah pelarut pada produk akhir.
Simulasi  merupakan  suatu  usaha untuk  mendapatkan  gambaran  dari kelakuan nyata sebuah sistem dalam hal ini pengeringan  semprot.  Teknologi  pengering- an  semprot  sudah  lama  digunakan  dalam industri,  tetapi  masih  sangat  sulit  untuk memodelkan  penampilan  ( performance ) peralatan  pengeringan  semprot.  Beberapa studi  sudah  dilakukan  untuk  memodelkan proses  yang  terjadi  di  dalam  teknologi pengeringan  semprot.  Selama  pengeringan, perpindahan  massa  dan  panas  terjadi diantara  udara  dan  partikel,  yang diakibatkan  oleh  penurunan  suhu  udara dan peningkatan kelembaban.
Penerapan teknik komputasi dinamika fluida  ( computational  fluid  dynamic/ CFD) dalam  analisis  pengeringan  semprot  telah d i l a k u k a n   d a n   d i l a p o r k a n .   D a l a m pendekatan  CFD  campuran  udara  dan lateks  ditunjukkan  oleh  kombinasi  aliran udara  dan  lintasan  partikel,  suhu  yang dihasilkan dan kelembaban udara di dalam ruang  pengering.  Dari  beberapa  penelitian yang  sudah  dilakukan  kebanyakan difokuskan hanya pada satu aspek, seperti aliran  udara  atau  suhu  dan  kelembapan (Kievert, 1997). Dengan perkembangan CFD sekarang, penelitian yang lebih terintegrasi mungkin  dikerjakan  dengan  memper- timbangkan beberapa aspek.
Tujuan  dari  penelitian  ini  adalah untuk  mempelajari  karakteristik  proses pengeringan  lateks  karet  alam  dengan  alat p e n g e r i n g   s e m p r o t   m e n g g u n a k a n pendekatan  teknik  komputasi  dinamika fluida.  Karakteristik  proses  pengeringan dipelajari  berdasarkan  pengaruh  kadar  air lateks  dan  suhu  udara  pengering  selama simulasi dilakukan.

## Simulasi penetapan karakteristik pengeringan semprot lateks berdasarkan teknik komputasi dinamika fluida

## BAHAN DAN METODE
Penelitian ini dilaksanakan di Labora- torium  Teknologi  Polimer  dan  Membran Program  Studi  Teknik  Kimia,  Institut Teknologi  Bandung  dan  Laboratorium Teknologi  Pengolahan,  Balai  Penelitian Sembawa  dari  bulan  Oktober  2011  sampai Januari  2012.  Bahan  yang  digunakan adalah  lateks  segar  dari  kebun  percobaan Balai  Penelitian  Sembawa.  Lateks  ini digunakan  untuk  pengambilan  data karakteristik  umpan  lateks  yang  akan digunakan dalam simulasi matematik.
Tahapan  kegiatan  yang  dilakukan dalam penelitian ini yaitu penentuan variasi perlakuan,  penentuan  parameter  operasi dan  simulasi  proses  pengeringan.  Variasi perlakuan  terdiri  atas  dua  yaitu  kadar  air lateks dan suhu udara pengering. Pertama, kadar air lateks terdiri atas 65%, 70%, 75%, dan  80%.  Kedua,  perlakuan  suhu  udara pengering terdiri atas 140°C, 150°C, 160°C, 170°C,  dan  180°C.  Pengamatan  untuk proses  pengeringan  lateks  terdiri  atas kecepatan  tetesan  lateks,  kecepatan  udara pengering, kadar air tetesan/partikel lateks, diameter partikel, waktu lintasan partikel di dalam  ruang  pengering,  perubahan  suhu partikel dan udara pengering.

## Simulasi Proses Pengeringan Lateks Karet Alam
Diagram alir prosedur simulasi proses pengeringan  lateks  karet  alam  disajikan Gambar 1.
Penentuan CFD Model untuk Pengeringan
Semprot
Sebuah  fenomena  penyemprotan biasanya  digambarkan  dengan  sejumlah partikel diskret yang disebut dengan model tetesan diskret (Kievert, 1997). Model ini juga dipilih  untuk  menggambarkan  proses penyemprotan  lateks  ke  dalam  ruang pengering.  Untuk  simulasinya  diperlukan data-data  karakteristik  lateks  yang diperoleh  dari  analisis  di  laboratorium  dan studi literatur.
Dalam model ini juga ditentukan jenis penyemprot ( sprayer ) yang akan digunakan
Lateks (Latex) : Penetapan parameter mutu lateks Determination of latex quality parameters

## Penentuan model CFD
Determination of CFD models

## Penentuan kondisi batas
Determination of boundary conditions
Input data (Data input) : Simulasi proses pengeringan Simulations of drying process - Karakteristik dan laju alir lateks Characteristics and flow rate of latex
- Laju alir dan suhu udara pengering Flow rate and temperature of air drying
- Kondisi awal dan kondisi batas
Initial conditions and boundary conditions
- Kadar air lateks
Latex water contents
- Suhu udara pengering
Temperature of air drying
- Proses perpindahan massa dan energi
Process of mass and energy transfer
Tepung lateks (Latex powder)
- Diameter partikel kering Diameter of dry particles - Suhu partikel kering Temperature of dry particles - Kadar air partikel kering Water content of dry particles
Gambar 1.  Diagram alir simulasi pengeringan lateks
Figure 1.  Flow chart of latex drying simulation
yaitu  penyemprot  bertekanan  ( pressure sprayer ) dengan  sudut  penyemprotan  60°. Cairan  yang  bercampur  udara  didorong  ke arah  dinding  dan  membentuk  udara berlubang.  Tekanan  yang  digunakan biasanya  berkisar  5  -  7  MPa  (Filkova  dan

## Vachlepi, Suwardin dan Abidin
Mujumdar,  1995).  Energi  tekanan  yang diberikan  ke  nosel akan  diubah  menjadi energi  kinetik  di  lubang  nosel.  Bagian internal nosel secara normal didesain untuk aplikasi penggunaan sejumlah udara untuk aliran lateks (Genskow et al., 2008). Dengan nosel jenis  ini  biasanya  menghasilkan tetesan  dengan  ukuran  diameter  kecil  dan partikel  kering  berbentuk  bulat  berlubang (poros).
Untuk  model  aliran  turbulen  yang terjadi di dalam ruang pengering, digunakan model k- ε standar atau disebut juga dengan model dua persamaan. Model ini merupakan model  aliran  turbulen  lengkap  yang  paling sederhana.  Model  k- ε adalah  model  yang paling  biasa  digunakan  dalam  praktek keteknikan karena memerlukan sedikit data dalam  komputasi.  Dengan  ketahanan ( robustness ),  ekonomi  dan  kelayakan akurasi untuk cakupan yang luas dari aliran turbulen,  menjelaskan  model  ini  paling populer  digunakan  dalam  industri  dan simulasi  perpindahan  panas.  Konstanta besaran nilai energi kinetik turbulen (k) dan laju  dissipasi  turbulen (ε )  untuk  sistem pengeringan semprot disajikan pada Tabel 1.
Selain  model  penyemprotan  dan turbulensi,  dalam  simulasi  ini  juga digunakan model perpindahan jenis ( species transport ) fluida. Model ini diperlukan untuk proses  pengeringan  yang  melibatkan
perpindahan massa (pelarut) dan energi dari tetesan  lateks  ke  udara  pengering.  Karena tidak  ada  reaksi  yang  terjadi  maka  pada model  ini  hanya  difusi  panas  yang diperlukan.  Dalam  model  ini,  ditentukan juga  jenis fluida  yang  terdapat  dan  akan terbentuk  di  dalam  ruang  pengering.  Jenis fluida  yang  dipilih  berupa  campuran ( mixture )  yang  kandungannya  terdiri  atas Oksigen (O ), Nitrogen (N ) dan uap air. Uap 2
2
air  yang  terbentuk  dan  terakumulasi  ini sebagian  besar  berasal  dari  penguapan  air dari tetesan lateks.

## Kondisi Batas Simulasi
Kondisi  batas  untuk  simulasi  CFD terdiri  atas  bentuk  geometri  dan  dimensi ruang  pengering , jenis  dan  ukuran nosel, posisi  dari  aliran  udara  pengering-lateks, aliran  keluar  (produk  dan  udara  buangan) serta laju alir dari udara pengering. Laju alir udara  kering  dihitung  berdasarkan  proses pengeringan untuk lateks dengan kadar air 80%  menggunakan  udara  pengering bersuhu  140°C  yaitu  sekitar  1  kg/s.  Posisi dan  bentuk  geometri  berkaitan  dengan kecepatan,  pola  aliran  dan  arah  fluida. Dengan posisi nosel dan pipa udara di atas, maka  aliran  dan  arah  fluida  mengarah  ke bagian  bawah.  Ukuran  diameter  lubang nosel yang digunakan adalah 3,5 mm.

## Tabel 1. Data untuk simulasi kinerja pengering semprot
Table 1. Data of simulation performance of spray dryer
Parameter Parameters Satuan Unit Nilai Value Sumber Sources Laju  alir udara pengering Drying air flow rate kg/s 1 - Laju alir volumetrik lateks Latex volumetric flow rate m 3 /s 6x10 -5 - Ketebalan dinding Wall thickness m 0,002 Kievert (1997) Energi kinetik turbulen Turbulent kinetic energy m 2 /s 2 0,027 Saleh (2010) Laju dissipasi turbulen Turbulent dissipation rate Suhu awal lateks Latex intial temperature
m 2 /s 3 ° C 0,37 27 Saleh (2010 ) -

## Simulasi penetapan karakteristik pengeringan semprot lateks berdasarkan teknik komputasi dinamika fluida

## Simulasi Kinerja
Data-data  yang  digunakan  sebagai konstanta untuk simulasi ditampilkan pada Tabel 1. Material dari ruang pengering untuk pengeringan  lateks  ditetapkan  terbuat  dari aluminium. Oleh karena itu untuk data fisik material ruang pengering yang dimasukkan ke dalam simulasi CFD merupakan data dari aluminium,  sedangkan  prosedur  simulasi proses  pengeringan  umpan  dapat  dilihat pada Gambar 1.
Pada  kajian  penelitian  ini,  simulasi yang dilakukan adalah simulasi mengguna- kan  teknik  CFD.  Selama  pengeringan, perpindahan  massa  dan  panas  terjadi  di antara  udara  dan  partikel,  dan  sebagai akibat  penurunan  suhu  udara  dan peningkatan  kelembaban.  Kedua  peristiwa perpindahan  tersebut  akan  diselesaikan secara bersamaan (simultan). Kievert (1997) menyatakan bahwa persamaan dasar aliran fluida  adalah  persamaan  Navier-Stokes (konversi  momentum)  dan  persamaan k o n t i n u i t a s .   P e r s a m a a n   i n i   d a p a t ditemukan  di  setiap  standar  kerja  pada pemodelan aliran fluida, seperti pada Bird et al. (2002).
Sebuah penyelesaian untuk pola aliran y a n g   d i b e n t u k ,   d i l a k u k a n   d e n g a n menghitung  perkiraan  penyelesaian the Navier-Stoke dan  persamaan  kontinuitas pada  kisi  pengendalian  volume.  Sepanjang
lintasan,  perpindahan  massa,  energi,  dan momentum  dengan  perubahan  fase  terus menerus  dihitung.  Lintasan  partikel (tetesan) dihitung dengan mengintegrasikan persamaan  gerak  ( equations  of  motion )  dari waktu ke waktu. Persamaan ini menyatukan beberapa  terminologi  seperti  gaya  gravitasi dan  gaya  seret  oleh  udara.  Gaya  seret tergantung  oleh  kecepatan  udara,  dimana tersedia dari penyelesaian aliran udara.
Nilai P  adalah tekanan jenuh (Pa); A
sat
w adalah  aktivitas  air;  M   adalah  kadar  air w
3
(kg/m ); N  dan N adalah berat molekul
vap udara uap  air  dan  udara  (kg/kmol);  P adalah ambient tekanan pada kondisi ambient (Pa); Q adalah 2 fluks panas (J.m /s); dan Δ H  adalah panas vap penguapan  air  ke  udara  (J/kg).  Untuk simbol k  menunjukkan konduktivitas panas f (J/s.m.K); Nu adalah nilai bilangan Nusselt yang tidak berdimensi, T  dan T adalah suhu g pada fase gas dan suhu ambient (K); R  dan 2 R   adalah  jari-jari  partikel  lateks  dan s ketebalan lapisan kulit partikel (m); j  adalah wi fluks  air  antar  muka  partikel  (kg/m.s);  R 1 adalah  jari-jari  gelembung  udara  (m);  x adalah  rasio  padatan  dan  air  (kg  air/kg padatan); d  dan d  adalah densitas spesifik
s w 3 padatan dan air (kg/m ).
Sementara itu, untuk simbol r adalah ruang koordinat dalam hal ini diasumsikan bola (m); t adalah waktu (s); ρ dan ρ adalah w wo konsentrasi  air  dan  konsentrasi  air  awal
3
(kg/m );  D   adalah  koefisien  difusi  air  di
w 1000  mm 870 mm 850 mm Pompa Pump Tangki lateks Latex tank Kipas Fan blower Kipas Fan blower Siklon Produk Tepung Powder Pemanas Heater Udara buangan Exhaust air Unit pengering semprot Spray dryer unit Nozzle Nosel Ruang pengering Drying chamber Drying chamber 34

## Vachlepi, Suwardin dan Abidin
Gambar 2. Ruang pengering dan unit pengering semprot proses pengeringan lateks Figure    2. Drying chamber and spray dryer unit (for latex drying process)

## Tabel 2. Persamaan matematik untuk proses pengeringan semprot
Table 2. Mathematical equations of spray drying process.
No. Pengamatan Observations Persamaan Equations Referensi References Perpindahan massa Mass transfer

## Tekanan  uap
Vapor pressure

## Fraksi  massa  uap
Vapor mass fraction

## Laju penguapan

## Evaporation rate

## Laju penguapan di
atas titik didih
Evaporation rate above boiling point
Laju penguapan dengan fluks massa
Evaporation rate with mass flux
Lapisan kulit partikel
Skin layer particle
Fluks massa
Mass flux
Kievert (1997)
Kievert (1997) Kievert (1997) Kievert (1997) Kievert (1997)
Kievert (1997) Kievert
(1997) Kievert (1997) Difusi untuk particle berbentuk bola (Gambar 3) Disffusion of spherical particles (Figure 3) Kievert (1997) Koordinat z z coordinate Kievert (1997)
1
2 3 4
5 6 7 8 9 10
Simulasi penetapan karakteristik pengeringan semprot lateks berdasarkan teknik komputasi dinamika fluida
dm π . D. Sh. D P   In diff g dt = 1 - ω i 1 - ω g P = P (T). A  (M ) vap sat w w P .N vap,i vap P (N vap,i. vap - N ) + P .N udara ambient udara ω i = dm dt Q ∆Hvap = - π . D. K . N (T  -T) f u g ∆Hvap dm dt = -
dm dt = - 2 4 π . R . 2 1 .F H Rs F H R s = J . wi R s -R 1 R 2 d s 1 - x.  / d w =

## Tabel 2. Lanjutan Table 2. Continues
No. Pengamatan Observations Persamaan Equations Referensi References Disfusi untuk particle berbentuk bola dengan koordinat z
Diffusion of spherical particles with z cordinate
11 Laju perpindahan partikel Flow rate of gas-
particles mas
transfer
Diameter partikel Particle diameter

## Definisi K
K definition
Waktu lintasan
Trajectory time

## Perubahan suhu
Temperature change
Laju perpindahan
energi Energy transfer flow rate 12 13 14 15 16 17 dimana : where Sh
= nilai bilangan sherwood tidak berdimensi (number value of sherwood with no dimention)
2
D = koefisien difusi uap pada fase gas (m /s) (coeficient of vapor diffusion on gas phase) diff 2 ρ = densitas udara (kg/m ) (air density) g ώ dan ώ =  fraksi massa uap dalam udara di antarmuka partikel dan fraksi massa uap di udara sekitar i g partikel (vapor mass fraction on the particle surface and in the air around the particle)
D = diameter partikel  (m) (particle diameter)

## Vachlepi, Suwardin dan Abidin
partikel (m/s); d  adalah densitas spesifik air
w 3 (kg/m );  D  adalah  diameter  partikel  (m); ρ s 3 adalah  densitas  padatan  (kg/m );  z  adalah koordinat  ruang  pusat  padatan  (kg);  k g adalah  koefisien  perpindahan  massa 2 (kg/m .s);  H   dan  H   adalah  kelembaban w a pada  permukaan  tetesan  dan  medium pengering  (kg/kg);  d adalah  diameter part partikel  awal  (m);  d adalah  diameter virt partikel  secara  virtual  (m);    m adalah Agg massa  aglomerasi  (kg); ρ adalah  densitas p 3 tetesan partikel (kg/m ); ρ adalah densitas virt 3 partikel secara virtual (kg/m ).
Simbol  V  menyatakan  volume  ruang 3 pengering (m ); U  adalah kecepatan ke arah A aksial (m/s); d  adalah diameter lubang nosel o (m); T  dan T adalah suhu udara pengering g amb dan  suhu  ambient  (K); λ adalah  kondukti- vitas  panas  pada  fase  gas  (J/s.m.K);  m s adalah massa partikel padatan (kg); C  dan p,s C   adalah  panas  spesifik  padatan  dan p,w panas  spesifik  air  (J/kg.K)  serta  Q  adalah laju  perpindahan  panas  dari  dapat  fluks panas  (J/m.s)  dan  T   adalah  suhu  tetesan p partikel (K). Saleh (2010) menyatakan bahwa sebuah fenomena yang sangat penting dari pengoperasian  pengering  semprot  adalah d e p o s i s i   p a r t i k e l   d i   d i n d i n g   y a n g dipengaruhi oleh pola suhu dan kelembaban di  dalam  pengering  ketika  partikel  lembab kontak  dengan  dinding  ruang  pengering semprot.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Dari  simulasi  yang  dilakukan  dapat diprediksi  kecepatan  partikel  (tetesan)  dan kecepatan  aliran  udara  kering  di  dalam ruang  pengering.  Kecepatan  partikel  mulai diamati  sejak  tetesan  lateks  keluar  dari lubang nosel sampai partikel kering sebelum menyentuh  dinding  ruang  pengering, sedangkan  kecepatan  udara  mulai  diamati sejak  masuk  ke  dalam  ruang  pengering
sampai  ke  pipa  keluaran  pada  bagian bawah.  Profil  kecepatan  partikel  pada berbagai  kadar  air  lateks  dan  suhu  udara pengeringan  dapat  dilihat  pada  Gambar  4, sedangkan profil kecepatan udara pengering disajikan pada Gambar 5.
Profil  kecepatan  partikel  selama simulasi  proses  pengeringan  tidak  terlalu berbeda (Gambar 4). Kecepatan awal tetesan partikel  saat  keluar  lubang  nosel (posisi  0 mm) yaitu 17,82 m/s. Kesamaan ini terjadi karena  laju  alir  lateks  dan  nosel yang digunakan pada berbagai variasi ditetapkan
-5 3 sama yaitu   6 x 10  m /s. Schweitzer (1979) menyatakan  bahwa  kecepatan  partikel ditentukan  oleh  laju  alir  dan  diameter lubang nosel. Diameter ini berkaitan dengan luas  penampang  lubang  nosel yang  dilalui lateks  dan  akan  menentukan  ukuran diameter  tetesan.  Pada  simulasi  ini, diameter  tetesan  akan  langsung  terhitung dari data nosel yang dimasukkan ke dalam s i m u l a s i   d e n g a n   p e r s a m a a n   d a s a r perpindahan massa seperti persamaan (1).
Laju  tetesan  lateks  mengalami peningkatan  setelah  terjadi  kontak  dengan udara pengering. Besaran peningkatan dari kecepatan  partikel  sangat  ditentukan  oleh kecepatan udara pengering. Semakin cepat udara pengeringan maka semakin cepat laju partikel. Pada jarak sekitar 300-350 mm dari nosel,  kecepatan  partikel  terus  mengalami penurunan  sampai  menyentuh  dinding ruang  pengering.  Penurunan  ini  terjadi karena  kecepatan  udara  mengalami penurunan yang diakibatkan terakumulasi- nya  uap  air  pada  udara  pengering  (udara menjadi  basah).  Kecepatan  akhir  partikel kering  sesaat  sebelum  menyentuh  dinding ruang pengering bervariasi sekitar 5 - 8 m/s.
Berbeda  dengan  partikel,  kecepatan awal  udara  pengering  tidak  sama  antara satu dengan yang lainnya (Gambar 5). Hasil simulasi  menunjukkan  bahwa  kecepatan awal  udara  sangat  dipengaruhi  oleh  suhu. Peningkatan  suhu  udara  pengering,  juga a k a n   m e n i n g k a t k a n   k e c e p a t a n n y a . Perubahan suhu udara pengering kaitannya dengan  perubahan  densitasnya.  Semakin tinggi suhunya, maka semakin kering udara dan semakin kecil densitasnya. Dengan laju alir  massa  yang  tetap  sebesar  1  kg/s  dan luas  penampang  yang  sama,  semakin  kecil densitas  udara  maka  semakin  besar kecepatan udara.
R 1 R 2 Film ? 1 ? 2
Simulasi penetapan karakteristik pengeringan semprot lateks berdasarkan teknik komputasi dinamika fluida
Jarak dari nosel (m) Distance from nozzle (m) 140°C 160°C 150°C 170°C 180°C Kecepatan partikel (m/s) Particles velocity (m/s) 0,0 10,0 15,0 20,0 25,0 30,0 0,2 0,4 0,6 0,8
1,0 1,2 1,4
Gambar  4. Profil kecepatan tetesan partikel lateks pada berbagai suhu udara pengering dan kadar air lateks
Figure 4. Velocity profile of latex particle droplets at various drying air temperatures and latex water contents 0,0 0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 Kecepatan udara (m/s) Air velocity (m/s) Jarak dari pipa udara (m) Distance from air pipe (m) 140°C 160°C 150°C 170°C 180°C
Gambar 5. Profil kecepatan udara pengering di sepanjang ruang pengering pada berbagai suhu udara dan kadar air lateks
Figure 5. Velocity  profile  of  drying  air  along  the  drying  chamber  at  various  drying  air temperatures and latex water contents
5,0

## Vachlepi, Suwardin dan Abidin
Seperti  terlihat  pada  Gambar  4, kecepatan  awal  udara  kering  berdasarkan suhunya  yaitu  28,81  m/s  untuk  udara bersuhu 140 °C; 29,51 m/s (udara 150°C); 30,20 m/s (udara 160°C); 30,90 m/s (udara 170°C)  dan  31,60  m/s  untuk  suhu  udara 180°C. Kecepatan ini cenderung meningkat sebelum  udara  kering  kontak  dengan tetesan  lateks.  Peningkatan  kecepatan  ini terjadi sampai jarak 100 mm dari pipa udara pengering.  Setelah  jarak  ini,  kecepatan udara  cenderung  mengalami  penurunan. Turunnya  kecepatan  udara  ini  disebabkan oleh  uap  air  yang  mulai  terakumulasi  di udara kering akibat dari proses penguapan pelarut yang terdapat di tetesan lateks dan partikel karet yang ada di udara.
Kecepatan udara ini akan kembali naik setelah  partikel  menyentuh  dinding  ruang pengering persisnya pada jarak sekitar 1500 mm dari pipa udara. Kenaikan kecepatan ini j u g a   d i s e b a b k a n   p e r u b a h a n   l u a s penampang yang dilalui udara. Pada bagian bawah  ruang  pengering  yang  berbentuk kerucut  diameternya  mengecil  ke  bawah (Gambar  2).  Dengan  laju  alir  massa  yang sama, perubahan diameter ruang pengering y a n g   m e n g e c i l   a k a n   m e n i n g k a t k a n kecepatan  udara  keluar  ruang  pengering. Kecepatan  merupakan  fungsi  dari  laju  alir volumetrik dan luas penampang yang akan dilalui (Schweitzer, 1979). Kecepatan udara ketika  keluar  dari  ruang  pengering sekitar 33-38 m/s tergantung dari kadar air lateks dan suhu udara pengering.

## Pengeringan Lateks Karet Alam
Proses  pengeringan  yang  terjadi  pada lateks  karet  alam  dapat  dilihat  dari perubahan  kadar  airnya.  Persamaan  yang m e n g g a m b a r k a n   p r o s e s   i n i   a d a l a h persamaan  difusi  yang  berkaitan  dengan k o n s e n t r a s i   a i r   s e p e r t i   p e r s a m a a n diferensial  (9)  dan  (11).  Lateks  karet  alam dapat  dikatakan  kering  apabila  kadar pelarut air di dalam lateks berkurang akibat proses  penguapan.  Profil  perubahan  kadar air  lateks  karet  alam  pada  berbagai  suhu udara  pengering  yang  diperoleh  disajikan pada Gambar 6.
Berdasarkan  Gambar  6,  kadar  air lateks  karet  alam  mengalami  penurunan
selama  proses  pengeringan  pada  berbagai suhu  udara  pengering.  Hal  ini  menunjuk- kan bahwa telah terjadi proses pengeringan atau  penguapan  air  yang  ada  di  dalam lateks. Kadar air pada produk lateks kering dipengaruhi  oleh  kadar  air  awal.  Lateks dengan  kadar  air  80%  diprediksi  akan menghasilkan produk lateks kering dengan kadar air sekitar 0,44 - 0,56%,   lateks ber- kadar  air  75%  menghasilkan  kadar  air sekitar 0,40 - 0,58%, lateks   berkadar   air 70%  kadar  air  produknya  sekitar  0,35- 0,48%,  dan  lateks  dengan  kadar  air  65% akan  menghasilkan  produk  berkadar  air sebesar 0,32 - 0,34%.
Air  yang  menguap  dari  tetesan  lateks ini diidentifikasi sebagai air bebas. Air bebas mudah  hilang  apabila  terjadi  penguapan atau pengeringan dan dapat digunakan oleh mikroorganisme untuk pertumbuhan. Oleh karena itu dengan hilangnya air bebas pada partikel  karet,  maka  tidak  terjadi pertumbuhan  mikroorganisme  sehingga tepung karet alam menjadi lebih tahan lama. Air bebas ini juga memberikan tekanan uap penuh  dan  terutama  terdapat  di  dalam rongga-rongga  partikel  padat  tersebut (McCabe et al., 1993).
Meski diprediksi menghasilkan produk dengan  kadar  air  bervariasi,  produk  yang dihasilkan sudah dapat dikategorikan karet kering.  Kadar  air  dari  karet  kering  sekitar 0,3 - 1,0% (Setiamidjaja, 1993). Selain kadar air lateks, dari Gambar 4 juga dapat dilihat waktu  pengeringan  untuk  setiap  variasi pengering.  Hasil  simulasi  CFD  menunjuk- kan bahwa waktu pengeringan lateks karet alam dengan berbagai kadar air dipengaruhi suhu  udara  pengering  yang  digunakan. Semakin tinggi suhu udara pengering, maka semakin  cepat  proses  pengeringan.  Waktu pengeringan  tercepat  sebesar  0,087  detik secara  umum  dihasilkan  pada  proses pengeringan  menggunakan  udara  kering b e r s u h u   1 8 0 ° C .   S e d a n g k a n   w a k t u pengeringan terlama 0,112 detik dihasilkan dari udara kering dengan suhu 140°C.
Dengan  waktu  sekitar  0,087  -  0,112 detik,  lateks  karet  alam  sudah  kering sebelum  menyentuh  dinding  ruang pengering.  Hal  ini  terjadi  karena  waktu pengeringan  lebih  cepat  dibandingkan waktu  lintasan  lateks  di  ruang  pengering. Berdasarkan persamaan (15), untuk waktu

## Simulasi penetapan karakteristik pengeringan semprot lateks berdasarkan teknik komputasi dinamika fluida
O Suhu udara pengering ( C) Drying air temperature ( C) O
Kadar air (%) Water content (%) 0,0 0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,09 0,10 0,11 20,0 60,0 40,0 80,0 140°C 160°C 150°C 170°C 180°C

## Gambar 6. Profil kadar air tetesan lateks pada berbagai suhu udara pengering dan kadar air lateks
Figure 6. Water content profile of latex droplets at various drying air temperatures and latex water contents
Gambar 7. Waktu lintasan lateks di ruang pengering berbentuk silinder Figure 7. Trajectory time of latex in cylindrical drying chamber
lintasan  lateks  selama  berada  di  ruang pengering  terutama  bagian  berbentuk silinder sekitar 1,72-1,80 detik. Profil waktu lintasan  lateks  pada  berbagai  suhu  udara pengering dapat dilihat pada Gambar 7.

## Waktu pengeringan (s)
Drying time (s)
Gambar  7  memperlihatkan  bahwa waktu  lintasan  lateks  di  dalam  ruang pengering  juga  dipengaruhi  suhu  udara pengering sama seperti waktu pengeringan. Semakin tinggi suhu udara pengering, maka semakin  cepat  waktu  yang  dibutuhkan lateks di dalam ruang pengering.

## Vachlepi, Suwardin dan Abidin

## Prediksi  Diameter  Partikel  di  Ruang Pengering
Gambar 8 menunjukkan profil prediksi diameter partikel lateks karet alam di dalam ruang  pengering.  Dari  Gambar  8  diketahui bahwa diameter tetesan yang disemprotkan nosel  dipengaruhi  oleh  kadar  air  yang terdapat di lateks karet alam. Hasil simulasi memprediksi  bahwa  diameter  awal  tetesan yang  keluar  dari  nosel  hampir  sama  yaitu sekitar 130 - 135 µm (mikron). Filkova dan Mujumdar  (1995)  menyatakan  bahwa kisaran  dari  ukuran  tetesan  dan  partikel yang  dihasilkan  oleh  nosel  bertekanan adalah  sekitar  10  -  800  µm.  Persamaan untuk  menghitung  diameter  partikel  salah satunya  tercantum  dalam  model  yang dikembangkan Zbicinski dan Zietara (2004) yaitu persamaan (14).
Selama  proses  pengeringan,  tetesan akan mengalami perubahan ukuran menjadi lebih  kecil  atau  penyusutan  ( shrinkage ). Besaran penyusutan dan prediksi diameter a k h i r   d a r i   p a r t i k e l   p r o d u k   k e r i n g dipengaruhi oleh kadar air awal lateks yang akan  dikeringkan  dan  suhu  udara  kering
yang digunakan. Semakin rendah kadar air lateks  dan  semakin  tinggi  suhu  udara kering, maka semakin kecil diameter produk akhir yang dihasilkan (Gambar 7).
Prediksi diameter akhir produk lateks kering yang terbesar (134,54 µm) diperoleh dari proses pengeringan lateks dengan kadar air 80% menggunakan udara kering bersuhu 140°C.  Sedangkan  diameter  terkecil  (130,5 µm) dihasilkan dari kombinasi pengeringan untuk  lateks  berkadar  air  65%  yang dikeringkan  dengan  udara  bersuhu  180°C. Untuk  pengeringan  semprot  dengan  nosel bertekanan, ukuran rata-rata produk kering yang dihasilkan bervariasi antara 50-250 µm (Genskow dkk, 2008).
Penyusutan  ini  terjadi  karena  proses penguapan air bebas baik yang terdapat di permukaan  maupun  di  dalam  partikel. Apabila  pelarut  yang  terdapat  di  tetesan dikeluarkan  dari  partikel  basah,  bahan  itu akan  menyusut.  Karena  ukuran  partikel- partikel  karet  yang  sangat  kecil  (dalam ukuran  mikrometer),  penyusutan  ini  tidak menjadi masalah (McCabe et al., 1993).
0,0 130 131 132 133 134 135 136 137 0,2 0,4 0,6 0,8
1,0 1,2 1,4
Gambar 8.  Prediksi diameter partikel tepung lateks di ruang pengering pada berbagai suhu udara pengering dan kadar air lateks
Figure 8.  Diameter  prediction  of  latex  powder  particle  in  the  drying  chamber  at  various drying air temperatures and latex water contents

## Simulasi penetapan karakteristik pengeringan semprot lateks berdasarkan teknik komputasi dinamika fluida

## Perubahan Suhu Partikel dan Suhu Udara Pengering
Simulasi  pengering  semprot ini  juga dapat  memprediksi  perubahan  suhu partikel  karet  alam  dan  suhu  udara pengering.  Persamaan  dasar  yang  dapat menggambarkan  perubahan  suhu  dalam sistem  pengeringan  semprot  adalah perpindahan panas, seperti persamaan (17). Prediksi  suhu  partikel  hasil  simulasi  CFD pada  berbagai  perlakuan  selama  proses pengeringan berlangsung dapat dilihat pada Gambar  9.  Sedangkan  profil  perubahan suhu  udara  pengering  ditampilkan  pada Gambar 10.
Hasil  simulasi  menunjukkan  bahwa suhu  partikel  karet  alam  mengalami peningkatan  dibandingkan  dengan  suhu awal saat masuk ke dalam ruang pengering. Suhu  awal  lateks  yang  masuk  ditetapkan suhu ruang (27°C). Suhu akhir produk karet kering  bervariasi  tergantung  dari  kadar  air lateks dan suhu udara pengering. Semakin rendah  kadar  air  dan  semakin  besar  suhu udara pengering, maka semakin tinggi suhu keluaran partikel karet alam. Suhu keluaran partikel  tertinggi  (53,51°C)  diperoleh  dari proses pengeringan lateks berkadar air 65% yang  dikeringkan  menggunakan  udara
kering  bersuhu  180°C.  Sedangkan  suhu terendah (37,44°C) didapat dari pengeringan lateks  dengan  kadar  air  80%  pada  suhu udara pengering 140°C.
Peningkatan suhu partikel karet alam ini  terjadi  karena  proses  perpindahan energi/panas  dari  udara  pengering  ke partikel karet alam. Perpindahan panas ini menyebabkan  peningkatan  suhu  tetesan lateks  sehingga  proses  penguapan  terjadi. Untuk  pengering  semprot bertipe  aliran searah, suhu produk akhir lebih rendah dari pada  suhu  udara  masuk  (Filkova  dan Mujumdar,  1995).  Suhu  udara  pengering menentukan  kecepatan  perpindahan panas/energi ke tetesan. Dengan demikian, peningkatan  suhu  udara  pengering  akan m e n i n g k a t a n   j u m l a h   p a n a s   y a n g dipindahkan dari udara ke tetesan (Shabde, 2006). Oleh karena itu, suhu partikel akan meningkat  seiring  meningkatnya  suhu udara kering yang digunakan.
.
Pada  Gambar  8  terlihat  penurunan suhu  partikel  terutama  untuk  udara pengering 140°C, 150°C, dan 160°C. Hal ini terjadi  karena  adanya  udara  balik  yang kembali  ke  atas  setelah  memasuki  bagian kerucut. Udara ini memiliki suhu yang lebih rendah dibanding suhu awal udara karena
60 0,0 20 30 40 50 0,2 0,4 0,6 0,8
1,0 1,2 1,4 Jarak dari nosel (m) Distance from nozzle (m) Suhu partikel ( C) Particle temperature (°C) ° Gambar 9. Prediksi profil suhu partikel tepung lateks pada berbagai suhu udara pengering dan kadar air lateks
Figure 9. P rofile of latex powder particle at various drying temperatures and
latex water contents
rediction p air
Gambar 10. Prediksi profil suhu udara pengering pada berbagai kadar air lateks
Figure 10. P rofile of drying air temperatures at various latex water contents rediction p 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 Jarak dari nosel (m) Distance from nozzle (m) Suhu udara (°C) Air temperature ( C) ° 0 40 80 120 160 200
a d a n y a   k a n d u n g a n   u a p   a i r   y a n g terakumulasi  di  udara  akibat  proses pengeringan  lateks.  McCabe et  al. (1993) menyatakan  bahwa  perubahan  suhu  di dalam  ruang  pengering bergantung  pada sifat  bahan  lateks  dan  kandungan  zat cairnya,  suhu  udara  pengering,  waktu pengeringan  serta  suhu  akhir  yang diperbolehkan  dalam  pengeringan  partikel padat.
Sama  seperti  partikel,  suhu  udara pengering cenderung menurun sejak keluar dari  pipa  udara  pengering.  Besaran p e n u r u n a n   s u h u   u d a r a   p e n g e r i n g dipengaruhi  oleh  kadar  air  lateks  (Gambar 10).  Semakin  tinggi  kadar  air  lateks,  maka semakin  rendah  suhu  udara  keluaran. Penurunan  suhu  ini  terjadi  sampai  jarak 1000 mm (1 meter) dari pipa udara. Setelah posisi  ini,  suhu  udara  cenderung  konstan walaupun  ada  yang  mengalami  sedikit peningkatan.
Turunnya  suhu  udara  pengering  ini secara  umum  terjadi  karena  perpindahan energi/panas  dari  udara  ke  tetesan/ partikel.  Untuk  suhu  udara  paling  rendah yang terlihat pada jarak 1000 meter dari pipa
udara  terjadi  karena  adanya  udara  balik yang memiliki suhu lebih rendah dari udara di atasnya. Hal ini juga bisa dilihat dari profil suhu  partikel  dimana  pada  posisi  ini  juga merupakan  suhu  terendah.  Kievert  (1997) menyatakan bahwa perubahan suhu udara tergantung  pada  kelembaban  dan  suhu  di sekitar partikel.

## KESIMPULAN DAN SARAN
Dari  penelitian  simulasi  yang  sudah dilakukan  dapat  disimpulkan  bahwa  kadar air  lateks  dan  suhu  udara  pengering berpengaruh  terhadap  proses  pengeringan yang  ditentukan  oleh  kecepatan  udara- partikel,  waktu  pengeringan,  diameter partikel,  kadar  air  produk,  dan  perubahan suhu  udara-partikel.  Hasil  simulasi memprediksi diameter partikel produk akhir sekitar  130-135  mikrometer  dengan  kadar air  sekitar  0,32-0,58%.  Suhu  produk  akhir yang keluar dari ruang pengering sekitar 37- 54  °C.  Penelitian  lanjutan  perlu  dilakukan untuk validasi hasil simulasi dengan kondisi nyata  pada  praktek  pengeringan  semprot lateks.

## Simulasi penetapan karakteristik pengeringan semprot lateks berdasarkan teknik komputasi dinamika fluida

## DAFTAR PUSTAKA
Abidin, A.Z and A. Vachlepi.   2011.   Natural rubber powder production from latex : process  and  equipment  design  (spray dryer  chamber)  for  latex  drying. international  seminar  on  chemical engineering.  Soehadi  Reksowardojo 2011. Institut Teknologi Bandung.  5-7 Oktober 2011. Bandung. pp MST-05.
Bird, B.B., W.E. Stewart and E.N. Lightfoot.
2002. Transport  Phenomena .  Second Edition.  Wiley and Sons, Inc,  USA.

## Direktorat  Jenderal  Perkebunan.  2011.
Statistik  Perkebunan  Indonesia  2010- 2012 .    Kementerian  Pertanian, Jakarta.
Filkova,  I  and  A.S.  Mujumdar.    1995. Industrial  Spray  Drying  Systems. th Handbook  of  Industrial  Drying  2 Edition. Volume  1.  CRC  Press, Singapore.
Genskow,  L.R.,  W.E.  Beimesch,  J.P.  Hecht, I . C .   K e m p ,   T .   L a n g r i s h ,   T . Schwartzbach, and   L. Smith.   2008. Psychrometry,  Evaporative  Cooling, and  Solid  Drying.    Perry's  Chemical
t h Engineers'  Handbook  8 Edition. S e c t i o n   1 2 .   T h e   M c G r a w - H i l l Companies, Inc, New York.
Huang, L. X. and A. S. Mujumdar.   2007.   A computational fluid dynamic study of a low  humidity  co-current  spray  dryer. Asia-Pacific  Journal  of  Chemical Engineering Vol 2 Issue 1 . 12-19.
Kievert,  F.  G.  1997. Modelling  Quality  in Spray Drying . Proefschrift-Technische Universiteit Eindhoven. ISBN 90-386- 1008-4.
McCabe, W. L., J. C. Smith., and P. Harriott. 1993. Unit  Operations  of  Chemical Engineering .  McGraw-Hill  Chemical Engineering Series, Singapore.
Saleh, Saad Nahi.   2010.   CFD Simulations of  a  Co-current  Spray  Dryer.  World Academy  of Science, Engineering and Technology. International  Journal Issue  38 .    772-777  www.waset.org diakses  pada  tanggal  18  November 2011.
Setiamidjaja, D.  1993. Karet. Budidaya dan Pengolahan .  Kanisius. Yogyakarta.
Schweitzer, P. A. 1979. Handbook of Separa- t i o n   T e c h n i q u e s   f o r   C h e m i c a l Engineers .    McGraw-Hill,  Inc.  New York, USA.
Shabde,  V.    2006.    Optimal  Design  and Control of A Spray Drying Process That Manufactures Hollow Micro-Particles.
A   D i s s e r t a t i o n   i n   C h e m i c a l Engineering.    Texas  Tech  University. Texas, USA.
Zbicinski,  I.,  and  R.  Zietara.    2004.    CFD model of counter current spray drying
th process. Proc. 14  International Drying Symposium (IDS).  Sao Paulo, Brazil 22- 25 August. Vol.A. 169-176.

## Vachlepi, Suwardin dan Abidin